基于PLC的步进电机运动控制

基于PLC的步进电机运动控制 一、 步进电机工作原理 1. 步进电机简介       步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。  在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单  2. 步进电机的运转原理及结构       电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1） 3. 旋转       如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力，以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て        这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。  步进电机的静态指标术语        拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。 4. 步进电动机的特征       1) 运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机       以上三部分是步进电机运转必不可少的三部分。控制器又叫脉冲产生器，目前主要有PLC、单片机、运动板卡等等。        2) 运转量与脉冲数的比例关系  二、 西门子S7-200 CPU 224 XP CN       本机集成14输入/10输出共14个数字量I/O点。2输入/1输出3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。22K字节程序和数据存储空间，6个独立的30KHz高速计数器，2个独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS458通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强能力的控制器。   三、 三相异步电动机DF3A驱动器 1.产品特点        可靠性高:数字技术和单片机的应用,使得驱动器线路简单可靠;合理的结构设计，使得整机结构紧凑、防护性能好；短路、过流、超温、欠压保护线路提供全面、可靠的保护、大大提高了步进驱动器的可靠性。低速性能好：引入单片机进行软环分及矢量细分，实现1:1平滑细分及5、10、20倍矢量细分，使得步进电机低速运行平稳，避免振荡及失步。矢量细分技术的应用，使得与μm级位置控制器配套的步进系统输出精度接近μm级。高速性能优：输入信号频率不大于250kHz（20细分时），输出电流频率可达15kHｚ。由于采用单高压（300V）恒流斩波，高速特性好，驱动步进电机空载运行最高速不低于7.0mm/min适用面广：输出电流3A～10A可调，可驱动90BF、110BF、130BF步进电机，输出转矩2N·m～25N·m。  2.主要技术参数 四、 PLC与步进电机驱动器接口原理图 五、 PLC控制实例的流程图及梯形图 1. 控制要求        1) 要求点机能正反转        2) 电机有高低速两档        3) 电机位移和距离有两档        4) 要求说明用PLS原理        5) 所有换挡均需要在电机停止时进行  2. 流程图 3. 梯形图

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林 森	个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-24 14:07:48 2楼
上面的“PLC与步进电机驱动器接口原理图 ”太大显示不全，下面是缩小版的！
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陈石头

个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-24 14:51:23 3楼

步进电机的定位控制 plc输出的集成脉冲可通过步进电机进行定位控制。关于定位控制，调节和控制操作之间存在一些区别。步进电机不需要连续的位置控制，而在控制操作中得到应用。在以下的程序例子中，借助于cpu214所产生的集成脉冲输出，通过步进电机来实现相对的位置控制。虽然这种类型的定位控制不需要参考点，本例还是粗略地描述了确定参考点的简单步骤。因为实际上它总是相对一根轴确定一个固定的参考点，因此，用户借助于一个输入字节的对偶码(dual coding)给cpu指定定位角度。用户程序根据该码计算出所需的定位步数，再由cpu输出相关个数的控制脉冲。  1、 系统结构  如图1所示：                        图1 系统结构  2、 硬件配置  如表1所示： 3、软件结构  3.1 plc的输入信号与输出信号  plc的部分输入信号与输出信号，以及标志位如表2所示。  3.2 系统软件设计  plc的程序框图如图2所示。 3.3 初始化  在程序的第一个扫描周期(sm0.1=1)，初始化重要参数。选择旋转方向和解除联锁。  3.4 设置和取消参考点  如果还没有确定参考点，那么参考点曲线应从按“start”按扭(i1.0)开始。cpu有可能输出最大数量的控制脉冲。在所需的参考点，按“设置/取消参考点”开关(i1.4)后，首先调用停止电机的子程序。然后，将参考点标志位m0.3置成1，再把新的操作模式“定位控制激活”显示在输出端q1.0。  如果i1.4的开关已激活，而且“定位控制”也被激活(m0.3=1)，则切换到“参考点曲线”参考点曲线。在子程序1中，将m0.3置成0，并取消“定位控制激活”的显示(q1.0=0)。此外，控制还为输出最大数量的控制脉冲做准备。当再次激活i1.4开关，便在两个模式之间切换。如果此信号产生，同时电机在运转，那么电机就自动停止。  实际上，一个与驱动器连接的参考点开关将代替手动操作切换开关的使用，所以，参考点标志能解决模式切换。  3.5 定位控制  如果确定了一个参考点(m0.3=1)而且没有联锁，那么就执行相对的定位控制。在子程序2中，控制器从输入字节ibo读出对偶码方式的定位角度后，再存入字节mb11。与此角度有关的脉冲数，根据下面的公式计算:  n=φ/360°×s  式中:n-控制脉冲数  φ-旋转角度  s-每转所需的步数  该程序所使用的步进电机采用半步操作方式(s=1000)。在子程序3中循环计算步数，如果现在按“start”按钮(i1.0)，cpu将从输出端q0.0输出所计算的控制脉冲个数，而且电机将根据相应的步数来转动，并在内部将“电机转动”的标志位m0.1置成1。 在完整的脉冲输出之后，执行中断程序0，此程序将m0.1置成0，以便能够再次起动电机。  3.6 停止电机  按“stop”(停止)按扭(i1.1)，可在任何时候停止电机。执行子程序0中与此有关的指令。  4、 程序和注释  //标题:用脉冲输出进行定位控制  //主程序  ld sm0.1             //仅首次扫描周期sm0.1才为1。  r m0.0，128      //md0至md12复位  atch 0，19        //把中断程序0分配给中断事件19(脉冲串终止)  eni                     //允许中断  //脉冲输出功能的初始化  movw 500，smw68      //脉冲周期t=500us  movw 0,smw70            //脉冲宽度为0(脉冲调制)  movd 429496700，smd72      //为参考点设定的最大脉冲数  //设置逆时针旋转  ldn m0.1          //若电机停止  a i1.5               //且旋转方向开关=1  s q0.2，1        //则逆时针旋转(q0.2=1)  //设置顺时针旋转  ldn m0.1         //若电机停止  an i1.5            //且旋转方向开关=0  r q0.2，1       //则逆时针旋转(q0.2=0)  //联锁  ld i1.1            //若按“stop”(停止)按钮  s m0.2，1     //则激活联锁(m0.2=1)  //解除联锁  ldn i1.1         //若“start”(启动)按钮松开  an i1.0         //且“stop”(停止)按钮松开  r m0.2，1     //则解除联锁(m0.2=0)       //确定操作模式(参考点定位控制)  ld i1.4      //若按“设置/取消参考点”按钮  eu             //上升沿  call 1        //则调用子程序1  //启动电机  ld i1.0                        //若按“start”(启动)按钮  eu                             //上升沿  an m0.1                    //且电机停止  an m0.2                     //且无联锁  ad≥ smd72，1      //且步数≥1，则  movb 16#85，smb67           //置脉冲输出功能(pto)的控制位  pls 0                               //启动脉冲输出(q0.0)  s m0.1，1                 //“电机运行”标志位置位(m0.1=1)  //定位控制  ld m0.3                //若已激活“定位控制” 操作模式  an m0.1                 //且电机停止  call 2                  //则调用子程序2  //停止电机  ld i1.1                      //若按“stop”(停止)按钮  eu                      //上升沿  a m0.1                  //且电机运行，则  call 0                  //则调用子程序0  mend                  //主程序结束  //子程序1  sbr 0                             //子程序0停止电机  movb 16#cb，smb67               //激活脉宽调制  pls 0                            //停止输出脉冲到q0.0  r m0.1，1                  //“电机运行”标志位复位(m0.1=0)  ret                            //子程序0结束  sbr1                     //子程序1，“确定操作模式”  ld m0.1                  //若电机运行  call 0                     //则调用子程序0，停止电机  //申请“参考点曲线”  ld m0.3                      //若已激活“定位控制”，则  r m0.3，1                //参考点标志位;复位(m0.3=0)  r q1.0，1               //取消“定位控制激活”信息(q1.0=0)  movd 429496700，smd72              //为新的“参考点曲线”设定最大的脉冲数。  cret                    //条件返回到主程序。  //申请“定位控制”  ldn m0.3              //若未设置参考点(m0.3=0)，则  s m0.3，1             //参考点标志位置位(m0.3=1)  s q1.0，1            //输出“定位控制激活”信息(q1.0=1)  ret                        //子程序1结束  //子程序2  sbr2                //子程序2，“定位控制”  movb ib0，mb11                    //把定位角度从ibo拷到md8的最低有效字节mb11。  r m8.0，24                           //mb8至mb10清零  div 9，md8                            //角度/9=q1+r1  movw mw8，mw14             //把r1存入md12  mul 25，md8                      //q1×25→md8  mul 25，md12  div 9，md12                      // r1×25／9= q2+r2  call 3  //在子程序3中循环步数  movw 0，mw12                   //删除r2  +d md12，md8                      //把步数写入md8  movd md8，smd72                      //把步数传到smd72  ret                             //子程序2结束  //子程序3  sbr3                        //子程序3，“循环步数”  ldw≥mw12，5           //如果r2≥5／9，则  incw mw14                //步数增加1。  ret  //子程序3结束  //中断程序0，“脉冲输出终止”  int0               //中断程序0  r m0.1，1                //“电机运行”标志位复位(m0.1=0)  ret                    //子程序0结束                                                    基于PLC的步进电机的开环控制系统设计 一、控制要求：  ⑴ 能够实现步进电机的起动和停止、正转和反转及改变转速。  ⑵ 能够实现步进电机的单四拍、双四拍、单双八拍运行。  ⑶ 当按下按钮SB1时，步进电机以单四拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；  当按下按钮SB2时，步进电机以单四拍方式和500MS/步的频率逆时针方向运行30步后停止；  当按下按钮SB3时，步进电机以双四拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；  当按下按钮SB4时，步进电机以双四拍方式和500MS/步的频率和逆时针方向运行30步后停止；  当按下按钮SB5时，步进电机以单双八拍方式和500MS/步的频率顺时针方向运行30步后停止；  当按下按钮SB6时，步进电机以单双八拍方式和500MS/步的频率逆时针方向运行30步后停止；  任何时刻按下按钮SB7，步进电机停止。  二、设计方案论证及电路图 (PLC的输入输出接线图、编程元件地址分配表、硬件组态、控制程序)  2.1 PLC的输入输出接线图：                                                                      附图一 控制两相步进电动机正反转控制线路接线图 2.2编程元件地址分配表：                                                                                     PlC编程元件的地址分配及相应符号表  2.3硬件组态：                                                                                                 PLC硬件组态表： 2.4控制程序：                                                                         ※线性化控制程序(双四拍)：    回复引用举报 玻璃的心  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-24 20:21:18 8楼                                          以上为线性化编程，有些朋友喜欢结构化编程，这里再给出结构化编程:   回复引用举报 玻璃的心  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-24 20:43:54 9楼                                                                                   ② 结构化化控制程序（单四拍）： ※结构化化控制程序（单四拍）：                                                                                                @FC1输出符号表                                                                                                    @FC1输入符号表 ★结构化OB1主控制程序： ★结构化FC1分控制程序： 以上即为结构化化控制程序。   回复引用举报 Piston  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-24 22:48:48 10楼   　　利用松下FP1可编程序控制器可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便可靠地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作，加速了机电一体化的实现。 控制方法及思路：  1、FP1的特殊功能： (1) 脉冲输出　　 FP1的输出端Y7可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调节，其输出频率范围为360Hz～5kHz。　　 (2) 高速计数器（HSC）　　 FP1内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，最高计数频率为10kHz，计数范围-8388608～+8388607。　　 　　 (3) 输入延时滤波　　 FP1的输入端采用输入延时滤波，可防止因开关机械抖动带来的不可靠性，其延时时间可根据需要进行调节，调节范围为1ms～128ms。　　 (4) 中断功能　　 FP1的中断有两种类型，一种是外部硬中断，一种是内部定时中断。 2、步进电机的速度控制：  FP1有一条SPD0指令，该指令配合HSC和Y7的脉冲输出功能可实现速度及位置控制。速度控制梯形图见图1，控制方式参数见图2，脉冲输出频率设定曲线见图3，梯形图程序见图4。 电气原理图如下： 　　3、控制系统的程序运行　　  　　  　　关于此控制系统的接线：plc的Y7输出的脉冲作为步进电机的时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，控制步进电机运转。同时Y7接至PLC的输入接点X0，并经X0送至PLC内部的HSC。HSC计数Y7的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使Y7的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较准确的位置控制。实现这一控制的梯形图及外部接线图分别见图4、图5。 　　  　　控制系统的运行程序：第一句是将DT9044和DT9045清零，即为HSC进行计数做准备；第二句～第五句是建立参数表，参数存放在以DT20为首地址的数据寄存器区；最后一句是启动SPD0指令，执行到这句则从DT20开始取出设定的参数并完成相应的控制要求。         由第一句可知第一个参数是K0，是PULSE方式的特征值，由此规定了输出方式。第二个参数是K70，对应脉冲频率为500Hz，于是Y7发出频率为500Hz的脉冲。第三个参数是K1000，即按此频率发1000个脉冲后则切换到下一个频率。而下一个频率即最后一个参数是K0，所以当执行到这一步时脉冲停止，于是电机停转。故当运行此程序时即可使步进电机按照规定的速度、预定的转数驱动控制对象，使之达到预定位置后自动停止。   回复引用举报 Piston  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-24 22:58:46 11楼   回复引用举报 suizhou  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-24 23:20:25 12楼   好东西受益不浅，谢谢啊   回复引用举报 ＃天涯  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-25 10:29:55 13楼   都是牛人啊！           回复引用举报 main_jun  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-25 16:57:42 14楼    好文，可以借鉴。   回复引用举报 woyaokong  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-25 20:15:45 15楼   新人怎么都不发程序啊   回复引用举报 zhuzhuplc  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-25 20:19:13 16楼   看了,觉得自己还有很长的路要走..   回复引用举报 ye_w  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-26 09:08:10 17楼   我就看看，好好学习一下。   回复引用举报 飯特餙  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-26 10:37:36 18楼   学如逆水行舟，不进则退啊！   回复引用举报 zhang5114210  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-26 11:12:22 19楼   引用woyaokong 的回复内容：新人怎么都不发程序啊  新手来了   回复引用举报 ljc2008  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-26 11:35:22 20楼   谁来发一个三菱的，先顶他一下！   回复引用举报 zhang5114210  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-26 11:51:15 21楼   一台很小的简单设备 利用无锡信捷的XC5-24MT加文本显示屏OP320A控制两台设备四台步进电机的正反转 步进电机选用的是常州合泰的步进电机及驱动器（电机：28BYGH501 驱动器BQM201M  另一个要求比较精确的驱动器采用金坛四海的 SH2034D驱动器）加脚踏开关、电磁铁等。设备动作 两台步进 同时转 同时停 （步进1正转2圈 步进2反转0.5圈）然后电磁铁动作 然后两台步进同时反转回初始位置   回复引用举报 zhang5114210  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-26 11:52:03 22楼   '’'’'’'’'’'’'’'’'’'’   回复引用举报 zhang5114210  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-26 11:53:20 23楼   ’'’'’'’'’'’'’'’   回复引用举报 zhang5114210  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-26 11:55:00 24楼   调用子程序 换规格'’'’'’'   回复引用举报 zhang5114210  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-26 11:55:57 25楼   简单电气原理图’'’'’'’'’'’   回复引用举报 zhang5114210  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-26 11:56:55 26楼   文本显示屏的 '’'’'’'’'’'’'’ S7-200 PLC PTO组态步骤： 1. 为S7-200 PLC选择选项组态板载PTO/PWM操作。  2. 选择Q0.0或Q0.1，组态作为PTO的输出。  3. 从下拉对话框中选择线性脉冲串输出（PTO）。  4. 若您想监视PTO产生的脉冲数目，点击复选框选择使用高速计数器。  5. 在对应的编辑框中输入MAX_SPEED和SS_SPEED速度值。  6. 在对应的编辑框中输入加速和减速时间。  7. 在移动包络定义界面，点击新包络按钮允许定义包络。选择所需的操作模式。  对于相对位置包络：输入目标速度和脉冲数。然后，您可以点击绘制步按钮，查看移动的图形描述。  若需要多个步，点击新建步按钮并按要求输入步信息。  对于单速连续转动：在编辑框中输入单速值。  若您想终止单速连续转动，点击子程序编程复选框，并输入停止事件后的移动脉冲数。  8. 根据移动的需要，您可以定义多个包络和多个步。  9. 选择完成结束向导。   回复引用举报 彩虹  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-28 09:44:13 37楼   此程序PLC的Y0 Y1 Y2输出的脉冲直接接到，功率放大器脉冲的输入端，功率放大器的输出接步进电机。   回复引用举报 ddad1989  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-29 10:45:30 38楼   请问西门子PTO指令里的：在对应的编辑框中输入MAX_SPEED和SS_SPEED速度值，这两个是根据什么来输入     回复引用举报 wyb2866255  个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-12-30 19:55:30 39楼                            关于PLC控制步进机的设计考虑          上面各网友对步进机的工作原理及如何用PLC控制步进机前进、后退、启停及变速运行等做了详细的说明，对此我就不再重复讲述了。这里我想讲的是用PLC控制二台步进机，在平面上做直线、斜线、曲线运动的设计思想，设计一个简易开环控制的数控机床（如线切割电火花机床）。           该装置的硬件（指电气部分）为：选用S7-200PLC，利用它有二个高速脉冲输出（Q0.0、与Q0.1）都工作在PTO状态下，分别控制X轴、Y轴进给的二台步进机（包括驱动器）。          二路脉冲均选用单段管线工作方式，并选用相同的脉冲频率，X轴用固定脉冲数（如前进0.05mm 的脉冲数），Y轴的脉冲数取决行走的轨迹性质：如直线（平行Y轴），其脉冲数为固定值。如斜线或圆等线段，Y轴的脉冲数取该线段运算公式的计算值。          对于直线（平行于X或Y的直线段）X或Y轴步进机只作简单的直线行走，对于其它曲线，X、Y轴步进机从宏观上看同时运动，从微观上看是分时运动，即X轴步进机行走一固定长度，Y轴再行走一个计算长度……，即X、Y的运动轨迹是以应走的曲线为样板的锯齿型曲线。因此，在编程时，设置PTO的控制字要选用连接中断事件和中断服务程序：X轴走完脉冲数立即产生中断，中断程序首先使X轴停，设置Y州的脉冲数，执行Y轴的PLS，使Y轴步进机运动，Y轴走完脉冲数立即产生中断，中断程序首先使Y轴停，设置X州的脉冲数，执行X轴的PLS，使X轴步进机运动……直至走完全程停止运行。  下面讲一下圆弧运动：将一方铁4角切成圆弧形（1/4圆弧）：见下图。        从图中可以看出，由 R-X 与Y 构成的直角三角形，其斜边都=园的半径，X是等距变化，对应Y 的变化量△y = y 2－y 1，我们就是利用这个公式求出Y轴的进给量的。下面的梯形图就是切割1/4圆的X轴与Y轴进给梯形图。                   图中 VD100 为半圆的半径置数区，MB0的M0.0 为判断X轴Y轴中断的判断位。          该设备另一大特点，就是不用上位机设置参数，而用自行设计的PLC外围组件与PLC配合，可实现多个参数设置及数据显示：         1、25键的薄膜键盘，粘贴在操作台面板上，它有0-9是个10个数字键，可设置参数，余下15个键是命令键，可设置多种参数，它只占用PLC二个输入口。  2、二路多位数码显示器，只占用PLC的3个输出口，设置参数时，显示置入数，工作室显示X轴与Y轴的进给值。